基于PLC的折紙機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳文秀　呂超　李濤

摘 要：基于設(shè)計(jì)折紙機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的目的，主要設(shè)計(jì)以PLC為核心控制器的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。在對(duì)折紙機(jī)器系統(tǒng)工作原理詳細(xì)闡述的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了器件選型。以臺(tái)達(dá)DVP-32系列PLC作為步進(jìn)電機(jī)的控制器，通過(guò)對(duì)DVP-32系列PLC的高速脈沖輸出的控制來(lái)直接對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件接線圖、流程圖、程序，并對(duì)相關(guān)參數(shù)設(shè)定進(jìn)行了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：PLC 步進(jìn)電機(jī) 高速輸出點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（c）-0084-03

1 引言

由于超高的可靠性與組態(tài)的方便性等優(yōu)異性能，可編程序控制器（PLC）在工業(yè)控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，目前在順序控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域已成功取代繼電器控制。隨著PLC功能器件的不斷完善與豐富，PLC在高精度定位，精密調(diào)速和力矩控制等傳統(tǒng)需要D/A以及A/D轉(zhuǎn)化功能的應(yīng)用領(lǐng)域也有出色表現(xiàn)。某廠欲新開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)折紙機(jī)器，主要?jiǎng)幼鳛椋核图垺蛛x紙張—推紙—切紙（折紙）。主要要求包括如下幾項(xiàng)。

（1）機(jī)器啟動(dòng)之后檢測(cè)所有裝置是否在原位，不在原位的則回原位，①送紙盒上升100mm；②送紙盒上升3mm；③分紙電機(jī)正轉(zhuǎn)180°；④推紙裝置運(yùn)動(dòng)390mm；⑤切刀下切30mm；⑥切刀回原位，同時(shí)推紙裝置回原位；⑦分紙電機(jī)反轉(zhuǎn)180°。⑧如此①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-②循環(huán)100次之后，送紙盒下降400mm，動(dòng)作結(jié)束，蜂鳴器報(bào)警提醒。

（2）每一次折紙動(dòng)作要求在兩秒內(nèi)完成，出現(xiàn)緊急情況可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)急停。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由控制系統(tǒng)PLC發(fā)送脈沖給四個(gè)驅(qū)動(dòng)器按順序分別驅(qū)動(dòng)四個(gè)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行循環(huán)動(dòng)作，達(dá)到循環(huán)次數(shù)后停止動(dòng)作，并觸發(fā)蜂鳴器及警示燈報(bào)警。

2.1 PLC控制模塊

本系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)DVP-32ES200T型號(hào)的PLC作為控制器，它具有功能強(qiáng)、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，而且具有晶體管高速脈沖輸出功能，可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

系統(tǒng)硬件控制接線圖如圖1所示（此處只畫出了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，其他3個(gè)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的接線方式相似），圖中S0是啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、S1是急停開(kāi)關(guān)、S2是復(fù)位開(kāi)關(guān)、KM1是控制直流電機(jī)電源的繼電器、L0為運(yùn)行指示燈、L1為停止指示燈。驅(qū)動(dòng)器的控制電壓此處使用的是DC24V、脈沖電流在10mA左右，需串聯(lián)一個(gè)限流電阻，電阻阻值選擇2K。

2.2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊由步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器組成。該折紙機(jī)器有四套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊，分別控制送紙裝置、切紙裝置、推紙裝置、折紙裝置的運(yùn)動(dòng)。

選用MA860H細(xì)分型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收PLC發(fā)出的脈沖信號(hào)及方向電平信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向由方向電平控制；步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度由脈沖信號(hào)的頻率控制；步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度由脈沖信號(hào)的數(shù)目控制。

選用86BYG250H步進(jìn)電機(jī)其步距角為1.8°，即在無(wú)細(xì)分的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要200個(gè)脈沖信號(hào)（200×1.8°=360°）。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MA860H說(shuō)明書，細(xì)分設(shè)定由撥碼開(kāi)關(guān)SW5、SW6、SW7、SW8決定。設(shè)置SW5=Off、SW6=On、SW7=On、SW8=On，細(xì)分為800步/圈，即電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要800個(gè)脈沖。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MA860H輸出相電流設(shè)定由撥碼開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3決定。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)所需求的電流，設(shè)置SW1=Off、SW2=On、SW3=Off，輸出相電流為5.83A。

步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)組件分別采用齒輪皮帶、齒輪齒條、螺旋絲杠帶動(dòng)相應(yīng)的裝置運(yùn)動(dòng)，換算成相應(yīng)的送紙、分紙、推紙、折紙裝置步進(jìn)電機(jī)所需的脈沖個(gè)數(shù)分別為250、466、3300、700個(gè)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 I/O口分配

自動(dòng)折紙裝置的PLC I/O口分配表如表1所示。

3.2 程序設(shè)計(jì)

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要由主程序、Y0（控制送紙裝置電機(jī)）子程序、Y1（控制切紙裝置電機(jī)）子程序、Y2（控制推紙裝置電機(jī)）子程序、Y3（控制折紙裝置電機(jī)）子程序、檢測(cè)并回原點(diǎn)程序、清除數(shù)據(jù)程序等模塊組成，程序流程圖如圖2所示。考慮到機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)停電或事故需要急停的情況，再次上電運(yùn)轉(zhuǎn)后所有裝置需要有自動(dòng)回原點(diǎn)功能。

首先根據(jù)標(biāo)志位判斷裝置是否需要回原點(diǎn)，需要回原點(diǎn)則調(diào)用脈沖輸出子程序，并裝入存有的脈沖輸出個(gè)數(shù)記錄的寄存器的數(shù)值，所有裝置回到原位后，調(diào)用步進(jìn)電機(jī)主程序，步進(jìn)電機(jī)主程序循環(huán)100次，調(diào)用蜂鳴器、報(bào)警燈程序。

步進(jìn)電機(jī)子程序?yàn)椋来握{(diào)用Y0—Y1—Y2—Y3—Y2—Y3—Y1脈沖輸出子程序。脈沖輸出子程序?yàn)椋O(shè)置加減速時(shí)間，裝入脈沖頻率，裝入脈沖數(shù)量，設(shè)置回原位標(biāo)志。

4 結(jié)語(yǔ)

詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。側(cè)重闡述了采用臺(tái)達(dá)DVP-32ES200T型號(hào)的PLC，輸出高速脈沖信號(hào)控制MA860H細(xì)分型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)86BYG250H運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)皮帶、絲桿運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)裝置上、下、左、右、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了裝置的精確定位控制，完成了所需的機(jī)器指定動(dòng)作。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定流暢，效果良好。

參考文獻(xiàn)

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